CN115388949A - 一种智能水库监测管理系统 - Google Patents

一种智能水库监测管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种智能水库监测管理系统，包括前端设备模块，用于通过采集设备对水库的水位监测、水流量监测、水流速监测、水质监测、雨量监测、环境视频、水文数据进行实时数据采集，将实时数据上报至管理平台；网络传输模块，用于通过4/5G、NB‑IoT或北斗卫星等方式发送至系统平台；系统应用模块，用于通过对水雨情、大坝工程安全、视频监视等多维度数据资料进行采集、实时数据通讯、对数据处理分析，存储转发。本系统能够对接上下级管理单位的软件平台实现现地雨水情测报、大坝安全监测、工程视频监视数据汇集，为市、县、乡镇等不同层级的水库管理业务提供信息服务，同时能够对接省级监测平台，继而为全国水利相关业务平台提供数据共享服务。

Description

一种智能水库监测管理系统
技术领域
本发明涉及水库安全监测领域，尤其涉及一种智能水库监测管理系统。
背景技术
水库安全度汛一直是我国防汛抗洪的难点和重点，中小型水库的安全度汛已成为当前全国防汛工作的一个薄弱环节，大部分水库缺少必要的安全监测等设施，检查手段落后，隐患很大。一旦发生局部暴雨洪水，极易引发溃坝事件，轻则造成财产损失，重则造成重大人员伤亡或毁灭性灾害。然而，由于水库经过多年运行使用，工程设施普遍存在老化和损坏，严重影响水库的安全运行和经济效益的发挥，威胁着水库下游人民群众的生命和财产的安全。目前缺乏一种难以及时自动测报和预警的水库管理系统。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供一种基于气象预测、实时降水量、库容规划、实时水位、径流预测等数据，结合分析模型，动态模拟水位水量的情况，完成可视化，并且根据阈值配置，自动完成多级预警的联防功能，实现水库防汛和大坝安全监测和预警的智能水库监测管理系统。技术方案如下：
一种智能水库监测管理系统，包括
前端设备模块，用于通过采集设备对水库的水位监测、水流量监测、水流速监测、水质监测、雨量监测、环境视频、水文数据进行实时数据采集，将实时数据上报至管理平台；
网络传输模块，用于通过4/5G、NB-IoT或北斗卫星等方式发送至系统平台；
系统应用模块，用于通过对水雨情、大坝工程安全、视频监视等多维度数据资料进行采集、实时数据通讯、对数据处理分析，存储转发；
可视化决策模块，用于实时登录小型水库数字孪生监测平台查看各类水雨情信息、报表数据，在实时数据的基础上实现预报、预警、预演和预案。
进一步地，还包括
业务中台，所述业务中台包括水库信息管理模块，所述水库信息管理模块用于水库人员日常管理、水库动态巡查巡检、水库信息安全日志、水库数据查询。
进一步地，所述业务中台还包括
水雨情监测管理模块，用于现场数据采集、视频及图片采集、数据传输、数据分析及成果应用，包含用户管理、水库基础信息管理、监测站管理、GIS、视频及图片查询管理管理、水文自动测报、水文数据查询与管理、数据分析、预报预警多个水库群信息化模块，能将前端监测站数据采集入库并自动汇总、分析、成果数据及发出预报预警。
进一步地，所述业务中台还包括
大坝工程安全监测管理模块，用于数据采集监测模块、专家分析及预测块、风险分析评价模块及预警预报模块组成，能实现全天候无间断的实时在线监测。
进一步地，所述业务中台还包括
水库安全分析预警模块，用于通过水库水位监测数据、雨量监测数据、大坝工程安全监测数据，对相关数据，经过汇总、分析、成果数据发出水库泄洪、工程安全预测预警通知。
进一步地，还包括
应用支撑模块，用于认证与授权、一张图、统一消息、统一服务管理、汛情预报模型、大坝工程安全分析模型和防汛调度模型。
进一步地，还包括
数据资源管理模块，用于存储和管理基础数据、检测数据、三维模型数据、业务数据和地理空间数据。
进一步地，还包括
数据通讯模块，用于网络通讯管理、设备通讯接入、数据分析及处理和边缘计算。
本发明的有益效果是：水库安全预警监测系统由水雨情自动测报、大坝安全监测、工程视频监视三大站点构成，可以实现实时监测水库水雨情及大坝工程安全，三维模型预言结合视频监控还原现场实况。系统可以基于气象预测、实时降水量、库容规划、实时水位、径流预测等数据，结合分析模型，动态模拟水位水量的情况，完成可视化，并且根据阈值配置，自动完成多级预警的联防功能，实现水库防汛和大坝安全监测和预警，为水库安全鉴定、水库除险加固方案制定和防汛指挥调度提供数据依据，同时满足水库管理现代化的需要。本系统能够对接上下级管理单位的软件平台实现现地雨水情测报、大坝安全监测、工程视频监视数据汇集，为市、县、乡镇等不同层级的水库管理业务提供信息服务，同时能够对接省级监测平台，继而为全国水利相关业务平台提供数据共享服务。
附图说明
图1为本发明一种智能水库监测管理系统的原理框图。
图2为本发明一种智能水库监测管理系统的另一原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
参见图1至图2，一种智能水库监测管理系统，包括
前端设备模块10，用于通过采集设备对水库的水位监测、水流量监测、水流速监测、水质监测、雨量监测、环境视频、水库水质等水文数据进行实时数据采集，将实时数据上报至业务中台50；
网络传输模块20，用于通过4/5G、NB-IoT或北斗卫星发送至系统平台；
系统应用模块30，用于通过对水雨情、大坝工程安全、视频监视等多维度数据资料进行采集、实时数据通讯、对数据处理分析，存储转发；
可视化决策模块40，用于实时登录小型水库数字孪生监测平台查看各类水雨情信息、报表数据，在实时数据的基础上实现预报、预警、预演和预案。
在本实施例中，所述前端设备管理模块由雨量计、水位计、无感微光全彩夜视成像系统组成、渗压计、渗流计、电阻率成像检测系统和GNSS等组成。
在本实施例中，所述系统应用模块30，通过对水雨情、大坝工程安全、视频监视等多维度数据资料进行采集、实时数据通讯、对数据处理分析，存储转发等，实现对监测点连续实时监测。系统通过前端数据采集及外部接口数据采集，对降水、水位、流量、径流量、水质、淹没影响等水安全要素进行预测预报。同时，通过基础支撑组件和专业应用支撑组件驱动，实现库容综合分析评价、水雨情分析报表、异常情况联动预警等功能应用，便于管理员及时掌握水库的水雨情、库容安全、工程安全等情况，当出现汛情预警，系统可以自动下发预案处理指令给值班人员，保障水库安全度汛。
所述可视化决策模块40，通过以上三层架构对数据的分析传送，决策层管理者可实时登录小型水库数字孪生监测平台查看各类水雨情信息、报表等数据，在实时数据的基础上实现预报、预警、预演和预案。构建耦合气象、水文、水动力学的网格化、分布式、精细化的“降水-产流-汇流-演进”流域模型，全链条水文集合预报和洪水风险预警。核心功能包括洪水预报、洪水预警、洪水预演、洪水预案等，洪水“四预”平台作为防汛的“耳目尖兵”，为一线防汛工作开展提供支撑，提升风险防控能力。预报方面，以实时雨水情信息为基础，结合产汇流模型实时预测分析。预警方面，基于洪水预报（水情预报）数据，按照洪水预警信号等级信息预警信息生成与展示。预演方面，集成水情监测数据、降雨监测数据、三维地表、水下三维地形、水利设施数据、防洪对象资料。预案方面，集成各类防洪方案、调度规则和专家经验等，实现各预案触发条件与水情监测的实时关联，实现对当前洪水水情与洪水级别的准确判断，及时、准确地触发防汛应急预案，提供客观、准确的数据支持，帮助防汛指挥部门进行应急调度决策。
大中小屏数据同源可视化显示，同屏互动操作一体化联动，满足用户多屏交互展示需求，并支持用户权限管理。具备友好易用的一体化操作模式，可便捷的对全要素对象进行交互控制，为用户业务应用提供有力支持。不同角色通过水库数字孪生管理一张图可以快速掌握实时数据及未来数小时乃至数天的预测、预演数据，为决策提供强有力的支撑。
优选的，还包括
业务中台50，所述业务中台50包括水库信息管理模块51，所述水库信息管理模块51用于水库人员日常管理、水库动态巡查巡检、水库信息安全日志、水库数据查询。
在本实施例中，水库信息管理模块51具备水库人员日常管理、水库动态巡查巡检、水库信息安全日志、水库数据查询等功能。建立水库信息管理系统后，每当水库的信息有变化时，只要对该水库的相关资料作适当修改就可以了，免去大量的重复工作。需要查看某个水库日常情况时，只要把相关的数据、照片文件输入数据库中即可让访问信息系统的管理人员知道水库的病险情况，无需到达水库现场。
a)水库人员日常管理
管理人员信息管理包括某个水库管理人员的添加、修改、删除，水库管理人员的权限管理，水库管理人员的考勤签到，水库管理人员行为轨迹等功能，管理人员的任务管理，车辆管理等。
b)水库动态巡查巡检
提供了实时巡查表格监视、夜视视频监视、定时巡检、巡查提醒、轨迹回放等功能，巡检的重点为大坝上游水面附近、上下游坝面、坝头坝尾、涵洞进出口部位、溢洪道两侧岩体、监测系统及病险水库的隐患部位。
c)水库信息安全日志
包括各水库各种设备安全操作指南文档，水库调度命令，设备安全检查，检查油、电、水是否正常，如有缺陷，及时处理，并做好记录录入平台系统，动态巡查巡检隐患部位记录。
d)水库数据查询
查询某个水库的基本信息情况包括实时水情工况、水文历史、防洪工程、水文预报、水环境、大坝安全监测、地理信息等。
优选的，所述业务中台50还包括
水雨情监测管理模块52，用于现群数据采集、视频及图片采集、数据传输、数据分析及成果应用，包含用户管理、水库基础信息管理、监测站管理、GIS、视频及图片查询管理管理、水文自动测报、水文数据查询与管理、数据分析、预报预警多个水库群信息化模块，能将前端监测站数据采集入库并自动汇总、分析、成果数据及发出预报预警。
在本实施例中，水雨情监测管理模块52为小型水库实现群数据采集、视频及图片采集、数据传输、数据分析及成果应用提供了一站式服务，包含用户管理、水库基础信息管理、监测站管理、GIS、视频及图片查询管理管理、水文自动测报、水文数据查询与管理、数据分析、预报预警等多个水库群信息化模块，能够及时准确地将前端监测站数据采集入库并自动汇总、分析、成果数据及发出预报预警，用户可通过平台及时掌握水库群的降水、库水位等库区水情，从而及时作出管理决策。
a)雨水情数据采集
前端RTU采集降水、库水位等数据，并按整点或超限上报等方式上报给中心，中心的平台软件将数据汇入到监测数据库
b)图片拍照
前端RTU可通过摄像头对现场定时拍照，并将图片上报中心，中心平台可将图片、雨水情监测量关联查看，以准确了解现场实情
c)数据展示与分析
平台可提供GIS地图综合数据展示、测站综合数据管理、测站详细监测量管理等多种数据分析与展示方式，便于用户快速了解相关信息，也可对某测站进行深入分析
d)通迅方式
中心与前端设备的通信以GPRS/CDMA通迅方式为主，短信备份为辅（北斗卫星可定制）
e)数据报表
库水位、降水量等数据可以生成曲线及报表，支持打印输出
f)监测站管理
中心平台可对监测站进行远程管理，包括在线管理、自动校时、参数配置、程序升级、日志查询、历史数据查询、招测、蓄电池电压告警等。
优选的，所述业务中台50还包括
大坝工程安全监测管理模块53，用于数据采集监测模块、专家分析及预测块、风险分析评价模块及预警预报模块组成，能实现全天候无间断的实时在线监测。
在本实施例中，大坝工程安全监测模块由数据采集监测模块、专家分析及预测块、风险分析评价模块及预警预报模块等组成，可实现全天候无间断的实时在线监测。系统对坝体、周岸及相关设施的有效监测，可以为大坝的运行状况提供运行数据，完成坝体与坝坡的稳定性分析。并通过对监测数据的分析，给出库区健康状况的评价成果，以及对异常状况发出预警预报。数据成果及其分析成果可作为库区日常管理及应急管理的数据支撑及决策依据，从而有效提高库区管理水平。
a)大坝工程安全数据采集
实时采集多种监测数据，包括地表变形、内部变形、浸润线(渗流渗压)、渗漏量、流量、气温、水温以及视频图像等数据，实现监测数据自动采集、传输、存储、分析及预警，并支持人工新增、修改或删除数据。
b)数据展示与分析
数据展示直观、操作简便、报表丰富，支持浸润线展示，支持相关性分析曲线，特别是基于库水位的相关性分析曲线，可以很方便的输出周报、月报、季报、半年报和年报，图表输出。
c)模块可扩展
模块化设计，基于GIS开发，监测点管理时可据需要增加多种接口不同类型传感器，稳定性及用户体验好。
d)监测设备管理
中心平台可对工程安全监测设备进行远程管理，包括在线管理、自动校时、参数配置、程序升级、日志查询、历史数据查询、招测、蓄电池电压告警等。
优选的，所述业务中台50还包括
水库安全分析预警模块54，用于通过水库水位监测数据、雨量监测数据、大坝工程安全监测数据，对相关数据，经过汇总、分析、成果数据发出水库泄洪、工程安全预测预警通知。
在本实施例中，预警模块以水库水位监测数据、雨量监测数据、大坝工程安全监测数据等为基础，对相关数据，经过汇总、分析、成果数据发出水库泄洪、工程安全预测等预警通知。相关部门可通过手机、固定电话、短信、邮件、传真等方式完成警报信息实时发布、实时传输、实时送达。在水库水位上涨出现应急泄洪、大坝工程安全出现潜在风险的可能性时，提供预测的受影响区域范围以及预估受灾程度，为决策提供支持。
a)多样预警方式
具有声、光、LED屏幕、短信、邮件、传真等多种预警方法，全方位覆盖所有危险点，通过多种方式发布预警。
b)分级预警
分级预警机制可以有效提高预警效果，在水库水位上涨出现应急泄洪、大坝工程安全出现潜在风险的可能性时，根据不同灾害影响的范围大小划分预警等级。
c)预警点分组管理
对现场的预警点分组管理，根据受灾预演的情况，针对受灾程度不同进行分组预警，提高预警的效率和准确性。
d)预警反馈机制
预警信息及时反馈，通过现场设备及时准确地将预警信息发布结果反馈至平台，管理人员及时掌握现场预警发布情况。
优选的，还包括
应用支撑模块60，用于认证与授权、一张图、统一消息、统一服务管理、汛情预报模型、大坝工程安全分析模型和防汛调度模型。
在本实施例中，应用支撑模块60统一管理各种系统资源，位于数据资源管理平台之上，为上层的应用系统提供支撑服务。主要由各类商用支撑软件和开发类通用支撑软件共同组成。同时，应用支撑平台需为业务应用提供相应的计算模型，包括水雨情预测模型、工程安全预测模型、相关智能化算法（智能巡检、入侵检测）以及水库泄洪、漫坝、溃坝等紧急状况的预演模型及相应处理应急预案的分析模型。
优选的，还包括
数据资源管理模块70，用于存储和管理基础数据、检测数据、三维模型数据、业务数据和地理空间数据。
在本实施例中，数据资源管理模块70对水库基础信息、监控信息、业务数据、空间数据、业务视图信息进行资源规划，基于统一的数据资源管理平台，对数据资源统一汇集、存储、管理、分析计算、整合共享，实现对小型水库各类数据的集中管理与维护，夯实大数据和智能化的基础。
优选的，还包括
数据通讯模块80，用于网络通讯管理、设备通讯接入、数据分析及处理和边缘计算。
以上实施方式仅适于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种智能水库监测管理系统，其特征在于，包括
前端设备模块，用于通过采集设备对水库的水位监测、水流量监测、水流速监测、水质监测、雨量监测、环境视频、水文数据进行实时数据采集，将实时数据上报至业务中台；
网络传输模块，用于通过4/5G、NB-IoT或北斗卫星发送至系统平台；
系统应用模块，用于通过对水雨情、大坝工程安全、视频监视等多维度数据资料进行采集、实时数据通讯、对数据处理分析，存储转发；
可视化决策模块，用于实时登录小型水库数字孪生监测平台查看各类水雨情信息、报表数据，在实时数据的基础上实现预报、预警、预演和预案。
2.根据权利要求1所述的智能水库监测管理系统，其特征在于，还包括
业务中台，所述业务中台包括水库信息管理模块，所述水库信息管理模块用于水库人员日常管理、水库动态巡查巡检、水库信息安全日志、水库数据查询。
3.根据权利要求2所述的智能水库监测管理系统，其特征在于，所述业务中台还包括
水雨情监测管理模块，用于现场数据采集、视频及图片采集、数据传输、数据分析及成果应用，包含用户管理、水库基础信息管理、监测站管理、GIS、视频及图片查询管理管理、水文自动测报、水文数据查询与管理、数据分析、预报预警多个水库群信息化模块，能将前端监测站数据采集入库并自动汇总、分析、成果数据及发出预报预警。
4.根据权利要求2所述的智能水库监测管理系统，其特征在于，所述业务中台还包括
大坝工程安全监测管理模块，用于数据采集监测模块、专家分析及预测块、风险分析评价模块及预警预报模块组成，能实现全天候无间断的实时在线监测。
5.根据权利要求2所述的智能水库监测管理系统，其特征在于，所述业务中台还包括
水库安全分析预警模块，用于通过水库水位监测数据、雨量监测数据、大坝工程安全监测数据，对相关数据，经过汇总、分析、成果数据发出水库泄洪、工程安全预测预警通知。
6.根据权利要求1所述的智能水库监测管理系统，其特征在于，还包括
应用支撑模块，用于认证与授权、一张图、统一消息、统一服务管理、汛情预报模型、大坝工程安全分析模型和防汛调度模型。
7.根据权利要求1所述的智能水库监测管理系统，其特征在于，还包括
数据资源管理模块，用于存储和管理基础数据、检测数据、三维模型数据、业务数据和地理空间数据。
8.根据权利要求1所述的智能水库监测管理系统，其特征在于，还包括
数据通讯模块，用于网络通讯管理、设备通讯接入、数据分析及处理和边缘计算。
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